Een van de belangrijkste doelstelling van ALMA is onderzoek aan het jonge heelal. Hoe vormden zich de allereerste sterrenstelsels na de oerknal?
In de jaren ’90 werden de zogenoemde “submillimeter galaxies” of “SCUBA galaxies” ontdekt die vernoemd zijn naar het SCUBA-instrument op de James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). Dit zijn zeer zware sterrenstelsels met veel te veel stof (volgens de theorieën van toen).
Deze ontdekkingen leidden tot veel meer vragen:
1) Waar komt al dat stof vandaan?
2) Kijken we naar exotische sterrenstelsels in het vroege universum of zien de meeste sterrenstelsels er zo uit?
3) Gaan de meeste sterrenstelsels door zo’n fase van stervorming heen of alleen een paar heel grote?
4) Vormden sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg later?
Astronomen konden dit soort sterrenstelsels voorheen wel detecteren, maar niet relateren aan waarnemingen op andere golflengten zoals het infrarood of zichtbaar licht. De resolutie van de telescopen was hier simpelweg veel te slecht voor. In het infrarood waren meer sterrenstelsels te zien dan op submillimetergolflengten. In de zeldzame gevallen dat ze betere telescopen konden gebruiken, was de totale benodigde waarneemtijd vaak veel te lang waardoor ze per stelsel soms wel een halve nacht kwijt waren.
Afgelopen week kwam er een persbericht uit over een project met als doel te kijken of ALMA dit soort sterrenstelsels kan identificeren en kan relateren aan waarnemingen in het infrarood.
Het concept is heel simpel. Als we kijken naar dit soort sterrenstelsels waarvan we de locatie ongeveer weten, dan kan ALMA ons precies vertellen welk sterrenstelsel in het infrarood overeenkomt met het sterrenstelsel op sub-millimetergolflengten.
Uit de submillimeterdata van de Atacama Pathfinder Experiment (APEX) werden 126 van dit soort sterrenstelsels geselecteerd. Door APEX werd aangegeven waar ALMA ongeveer moest kijken. Op het plaatje is dit gebied aangegeven met een rode cirkel. De blauw gekleurde sterrenstelsels zijn geïdentificeerd met de Spitzer Space Telescope die waarneemt op infraroodgolflengten. Heel duidelijk is te zien dat voor alle APEX-sterrenstelsels wel 10 of meer Spitzer-sterrenstelsels te zien waren. In het rood (soms wat wittig, goed kijken!) zijn de ALMA-sterrenstelsels te zien die veel stof bevatten.
Van de 126 sterrenstelsels die werden bekeken, konden 122 sterrenstelsels direct worden geïdentificeerd, en dus gerelateerd. Tot nu toe was met andere interferometers slechts een tiental sterrenstelsels op deze manier gevonden. ALMA kan dus heel gemakkelijk identificeren welke sterrenstelsels veel stof bevatten en zich dus in het jonge heelal bevinden. Dit is een heel belangrijke stap die moet worden gezet om te begrijpen hoe deze sterrenstelsels ontstaan en evolueren.
Wat dit project helemaal baanbrekend maakt is de tijd die nodig was om deze waarnemingen te doen. Vroeger kostte het een aantal uur per sterrenstelsel, maar met ALMA volstond slechts twee minuten per sterrenstelsel. Meer een soort ’korte knipoog’ in de sterrenkunde; een twee minuten durende integratietijd kan op de meeste digitale camera’s al worden ingesteld.
Dit is een ongelofelijk veelbelovend resultaat omdat slechts 16 van de uiteindelijke 66 antennes werden gebruikt. Als alle 66 gebruikt kunnen worden, kan elke 10 seconden zo’n sterrenstelsel worden gevonden.
Tim van Kempen
Tim van Kempen is onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden en werkt sinds juli 2010 voor en met ALMA. Na twee jaar in Chili te hebben meegwerkt aan het testen van ALMA, is hij sinds kort terug in Nederland. In dit blog bespreekt hij de techniek van ALMA en licht hij de eerste wetenschappelijke resultaten toe.